Diseño e implementación de un sistema portable de bajo costo para la detección y cuantificación de gases de efecto invernadero en cultivos agrícolas
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Date
2023
Authors
Director
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
El estudio de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) provenientes de suelos destina dos a la actividad agrícola, se ha convertido en un tema de interés colectivo debido a la preocupación por las consecuencias del cambio climático. Actualmente existen métodos que permiten registrar las emisiones de GEI, no obstante, dichos métodos suelen requerir equipos voluminosos, costosos e implican un proceso de muestreo manual con largos tiempos de recopilación de datos, demandando mano de obra capacitada para ello. Otras alternativas como métodos electroquímicos basados en diferentes principios de operación o sistemas ópticos de infrarrojo no dispersivo (NDIR) han aparecido como soluciones versátiles y de bajo costo que se pueden producir en grandes cantidades para aplicaciones agrícolas. Este trabajo describe el diseño e implementación de una cámara para el sensado de óxido nitroso (N2O) usando un sensor infrarrojo no dispersivo (NDIR), la cual se integrará en la plataforma de monitoreo de variables de cultivo PhenoAgro. Esta cámara consta de una carcasa cilíndrica de PVC que aísla la muestra de gas con ayuda de 2 ventanas ópticas de fluoruro de calcio (CaF2). En la cámara de gas están integrados un detector infrarrojo de doble canal para la detección de gases a longitudes de onda de 3.3 µm y 3.9 µm y una fuente de luz infrarroja colimada. La luz IR emitida por la fuente colimada llega al detector y la señal recibida se adecua y amplifica en un circuito electrónico. Por medio de un microcontrolador Arduino Nano 33-IoT integrado en el sistema electrónico, se almacenan y procesan los datos muestreados para determinar la concentración del N2O en la cámara de captura.
Description
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The study of greenhouse gas (GHG) emissions from soils used for agricultural activity has beco me a topic of collective interest due to concern about the consequences of climate change. There are currently methods that allow GHG monitoring to be carried out, however, these methods usually require bulky and expensive equipment and involve a manual sampling process with long data co llection times, what requires trained personnel for it. Other alternatives such as electrochemical methods based on different operating principles or non-dispersive infrared (NDIR) optical systems have emerged as versatile and low-cost solutions that can be produced in large quantities for agricul tural applications. This work describes the design and implementation of a chamber for the sensing of nitrous oxide gas (N2O) using a non-dispersive infrared (NDIR) sensor, which will be integrated into the PhenoAgro crop variables monitoring platform. This chamber consists of a cylindrical PVC casing that isolates the gas sample with the help of 2 calcium fluoride (CaF2) optical windows. A dual-channel infrared sensor for the detection of gases at wavelengths of 3.3 µm and 3.9 µm and a collimated infrared light source are integrated in the gas chamber. The IR light emitted by the colli mated source reaches the detector, and the received signal is then acquired by an electronic circuit. An Arduino Nano 33-IoT microcontroller integrated into the system, enables the determination of N2O concentrations per sample in the gas chamber.
Keywords
GEI, Emisiones de GEI en agricultura, NDIR, Sensado de gases, Cambio climatico, Tecnología de bajo costo